科技新进展：高合金超薄无取向电工钢冷轧工艺技术的开发与应用

一、研究的背景与问题

电工钢是电力行业的基础材料，电工钢的使用贯穿电力行业全生命周期。随着《2024—2025年节能降碳行动方案》等一系列国家标准的陆续出台及新能源汽车、低空经济、人形机器人等产业的蓬勃发展，需要产品节能环保和设备小型化，其加快了下游行业使用高合金含量超薄电工钢的步伐。为满足行业发展的高性能需求，就需要电工钢材料具有更低铁损、更高磁感、更高效率，目前国内外得到以上性能要求的思路就是需要电工钢材料在生产环节有更高的合金含量、更高的常化退火温度和更薄的厚度，目前行业内均在围绕以上几个方面进行工艺开发。产品加工制造难度集中体现在冷轧工序，高合金带来的材料高强度高脆性、超薄宽幅带来的高精度要求均给产品制造冷轧工序带来了极大的挑战。

项目重点攻关高合金含量超薄电工钢的冷轧难题，目的是破解电工钢“超薄规格与高合金不可兼得”的国际性难题。在高合金超薄规格突破的同时，还急需提升生产制造效率。高合金含量超薄电工钢冷轧强度高、脆性大、断带多，加之高温时效、板形和厚度精度控制要求等，需要综合运用压力加工、机械设备与自动化、大数据等学科知识系统创新。

二、解决问题的思路与技术方案

高合金超薄无取向电工钢生产存在三大技术难题，1.超高Si、Al、Mn含量产品极难轧制成形；2.超薄轧制风险大、影响因素多、稳定生产难；3.全球无智能化生产先例，冷轧员工操作劳动强度大、过程不受控。

因此，综合运用材料学、冷轧工艺极限制造技术、自动化控制、大数据及AI控制等探索，实现系统集成创新。技术方案如下：

1.开发超高Si、Al、Mn等合金含量产品冷轧工艺技术

高合金含量电工钢材料硬度高脆性极大，冷轧根本无法启动，从断口上看是明显的解理脆断。在对断带常化板截面进行常规背散射电子成像扫描时，观察到部分晶界区域存在元素偏聚现象。

轧前预热温度对材料脆性有一定的改善作用。通过反弯次数，确定最佳产品轧前工艺窗口，但仍不能稳定轧制。本项目通过长期摸索，开发采用突破常规的压下率技术，使得超高合金含量电工钢冷轧轧制成为可能，同时针对氧化皮特点，为减少打滑开发极致酸洗工艺。

     2.开发超薄电工钢整套工艺控制技术

（1）开发毫秒级高效断带智能诊断技术及模型。针对超薄带钢断带后恶性伤辊事故频发，影响生产效率和工艺改进信心等问题，自主开发适用于稳速和变速阶段断带检测功能模块，引入了适用于脆性材料边裂断带在各种速度状态下的算法，显著提高了断带检测的及时性和准确性。

（2）原料缺陷对超薄带轧制影响尤为明显，超薄产品对原料缺陷有明显的放大作用。团队首创原料健康指数模型，基于大数据案例，建立涵盖轧前各工序重点参数、表检仪评级的诊断模型，做到原料量化体检评分，一键查找异常原因，首次实现全样本多维度原料定量评价。

图1首创基于表检仪的原料缺陷判定及通板管控技术

（3）开发超薄料断带控制技术。开发全新乳化液喷射模型提高板温均匀性，钢卷温差改善20%以上，利于头尾脆断和边裂的控制。建立异常卷生产控制技术，采用针对措施精细操作。

图2大数据回归原料异常卷断带热力图

3.构建高合金超薄无取向电工钢智能化生产模式，首创20辊轧机智能速度控制技术

硅钢单机架冷轧每次道次的生产起始阶段，操作工需手动进行阶梯分阶段的加速，同时观察前滑、厚差及板型等异常情况。纯人工的操作会限制最大轧制能力的提升，影响生产效率，增加机组系统不稳定性。首创森吉米尔轧机自动升速功能逻辑，结合机组工艺设备状态与专家系统，构建轧制过程异常的智能化动态调整技术，成功应用于生产实践。

针对产品特点，开发双超产品速度-板形-板温耦合自动控制功能。板形控制优化工作主要包括高、低温道次控制、基于实际生产工况条件的边部板形控制策略和基于加减速条件下的ASU控制策略优化、基于前馈—中间窜辊补偿的二十辊轧机板形优化控制方法等工作。

三、主要创新性成果

1.针对合金含量高、脆性大、难以轧制成形的问题，开发出独特冷轧工艺，使得启动脆断率降低到7%以下，同时解决打滑问题，实现商业化大生产制造。该创新点共产生4件发明专利。

2.开发出高效智能断带诊断模型、原料健康指数模型和超薄料断带控制技术，恶性事故（恶性断带/总断带次数）降低80%以上，稳定轧制超薄（0.1、0.15mm）、宽幅（≥1150mm）高合金含量电工钢产品。该创新点共产生7件发明专利。

3.开发了20辊轧机“速度—板形—温度”智能控制系统，实现了高合金超薄无取向电工钢智能化轧制。该创新点共产生6件发明专利。

图3 技术比较

四、应用情况与效果

项目成果批量应用于新能源汽车、无人机、机器人等行业产品。实现技术领跑，真正实现了“绿色产品”的“绿色制造”，产品填补国际和国内空白，2个牌号产品实现全球首发，取得了显著的社会效益。成果已在宝钢股份、武钢有限、宁波宝新、马钢等企业应用。开发的产品已应用于小米、小鹏、大疆等企业，应用前景广阔，经济效益和社会效益显著。

信息来源：宝山钢铁股份有限公司